基站蓄电池在线监测设计方案Word下载.docx

基站蓄电池在线监测设计方案Word下载.docx

《基站蓄电池在线监测设计方案Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基站蓄电池在线监测设计方案Word下载.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

方案一框图如图1所示。

图1

本系统能对存在失效的蓄电池做出警报，并对需要激活（活化）的蓄电池做出预警，通过测试单个蓄电池充放电时的电压变化曲线的方法自动检查每节电池单体的状况，并可靠地预测出它们的性能。

1.系统功能

（1）检测功能

·

可实现单个电池充放电电压的检测功能；

可监测每组电池组的整组电压。

（2）分析功能

自动对所采集的蓄电池参数进行分析，所有分析功能由本系统独立完成，无需后台软件支持；

能对以下内容进行分析并得出结果：

根据所测得单个蓄电池充放电时的电压变化曲线，找出失效蓄电池和需要激活（活化）的蓄电池；

对浮充电压进行分析，判断充电电源电压是否过高或过低。

（3）液晶屏显示功能

液晶屏显示，全中文菜单提示，操作简便，智能化程度高；

能显示所有所检测的内容，包括：

蓄电池充放电电压变化曲线，失效电池号和需激活（活化）电池号及整组电压是否超限。

（4）人机互交功能

可通过按键实现人机互交，操作简单方便。

（5）报警功能

报警方式：

GSM短信报警；

报警内容：

失效电池号、需激活（活化）电池号、整组电压是否超限。

（6）电池防盗功能

仪器箱体上装备有微型摄像头，记录行窃人的面部特征，以便于失窃电池的追回。

（7）数据存储功能

记录检测得到的参数及一定时间内的历史数据，以便对每个蓄电池进行综合的评估。

（8）通信功能

通过短信的形式将需更换和需激活的蓄电池号及整组电压超限的基站号发送至预先设定的移动电话和中心机房上位机，提示维护人员对故障电池和基站及时进行更换或维修。

（9）数据导出功能

检测得到的参数及一定时间内的历史数据可通过GSM模块传送至中心机房，以便后期的数据处理。

（10）可靠性

系统内增加锂电池，保证系统不间断工作，提高其可靠性。

2.系统工作原理

当前用户对蓄电池的性能评估一般都采用整组电池核对性放电,不可否认这是一种验证电池性能最可靠的方法,通过这类测试可对电池系统进行100%的全面检查,同时区分出电池或外部传导途径的各种问题,但是大多数电池用户认为进行这种类型的测试工作既复杂又费钱费力。

该方案通过检测蓄电池在充放电时的电压变化参数来判断这个蓄电池的性能。

不同性能的蓄电池在放电时的电压变化曲线如图2所示。

图2

最上面一幅图所示蓄电池放电时，放电时间明显较长，在T3时刻出现电压的明显下降，这表明该蓄电池的容量大，性能良好。

中间图表中所示蓄电池放电时间稍短，T2时刻出现电压的明显下降，由于蓄电池长时间使用，导致电池极板上结晶或硫化，导致放电率下降，这表明该电池的性能下降，需要维护人员对该电池进行激活（活化），对其性能进行恢复，然后再投入使用。

最下面一幅图所示蓄电池放电时间最短，在T1时刻就出现电压的明显下降，表明该电池已失效，无法通过激活（活化）恢复其性能，必须立即更换蓄电池，以免造成不必要的损失。

该系统还可以检测整组蓄电池组的电压。

蓄电池组充电使得电压变化曲线如图3所示。

图3

检测整组蓄电池的电压变化，可以检测到浮充时充电设备的电压，并对其电压过高或过低做出警报。

3.系统特点

由于无线通信基站是不间断工作的，所以无法将蓄电池组进行退服检测，该系统的检测必须工作在主电源（市电）断电，蓄电池组工作放电时，对单个电池的电压进行检测，采集数据，对蓄电池的性能做出判断。

对于山区或农村的基站，由于主电源（市电）不稳定，断电的情况时有发生，所以该系统在上述地区运用比较方便，自动化程度较高，不需人工操作。

而对于市区或相对重要的基站，主电源（市电）相对稳定，会出现较长时间不断电的情况（比如1~2年不出现断电的情况），这样，蓄电池就会在相当长的时间内无法得到检测，基于蓄电池供电可靠性的考虑，上述情况是不允许的。

因此，在这些地区（主电源供电稳定的地区），就要采取定期人工放电检测的方法，定期对其放电检测。

图4所示为放电器，维护人员可通过按键设定放电电流对蓄电池进行放电，配合蓄电池在线检测仪对蓄电池进行检测。

该放电器体积小，便于携带和操作。

图4

4.各单元介绍

（1）数据采集单元

数据采集单元采用A/D模块，将所采集到的模拟量（电压信号）转换成数字量，送至MPU单元。

对于任何一个需要数据采集的设备，A/D模块都是必须的，因为MPU是数字电路，无法直接处理模拟信号。

现在的A/D模块中所采用的转换芯片精度都很高，完全可以达到预期的效果。

（2）数据存储单元

数据存储单元采用的是EEPROM模块。

EEPROM（电可擦写可编程只读存储器）是用户可更改的只读存储器（ROM）。

不像EPROM芯片，EEPROM不需从计算机或专用设备（即本系统中的MPU单元）中取出即可修改。

EEPROM的一种特殊形式是闪存，其应用通常是计算机或专用设备中的电压来擦写和重编程。

DRAM断电后存在其中的数据会丢失，而EEPROM具有掉电保护功能，断电后存在其中的数据不会丢失，这对于数据的准确性提供了保证。

（3）控制单元

控制单元即系统框图中的MPU。

其作用是对系统中其它设备的工作进行控制，并对数据采集单元所采集的数据（数字量）进行处理与分析，判断出失效和需激活（活化）的蓄电池和整组电压超限的蓄电池组，给出报警和预警。

控制单元具体可选择的芯片市场上有很多，可依据成本、功能等具体因素做出选择。

（4）人机接口单元

人机接口单元既起到人机互交的作用。

本方案预设四个按键。

<

←>

、<

→>

键：

①光标移动键；

②手动切换显示屏显示每一块蓄电池充放电时的电压变化曲线，<

为上一块，<

为下一块；

返回>

①按此键返回上一层菜单；

②参数设置后，用于取消参数设置；

确认>

①按此键进入指定的项目；

②参数设置后，按本键确认，参数设置方能生效。

按键可增加。

本方案预设两个指示灯（红色LED和绿色LED）。

绿色LED点亮表明主电源（市电）正常供电，蓄电池组处于浮充状态。

红色LED点亮表明主电源（市电）断电，蓄电池组处于供电状态。

指示灯可增设。

液晶屏用于显示各级菜单和设置选项，显示每一块蓄电池充放电时的电压变化曲线，并显示失效的蓄电池号，提示维护人员及时更换。

（5）电池防盗单元

电池防盗单元采用CCD传感器在箱体上制作一个针孔摄像头，便于隐藏，不易被发现。

盗窃者作案时，可对其拍照，便于后期的破案和电池的追缴。

若盗窃者切断系统供电电源，可用系统自带的锂电池供电。

（6）通信单元

通信单元采用GSM模块，通过短信的形式将失效和需激活（活化）的蓄电池号及蓄电池组整组电压超限的基站号发送至预先设定的移动电话和中心机房上位机，提示维护人员对失效和需激活（活化）的蓄电池及时进行更换或激活（活化），并对电压超限的基站进行维护。

5.使用方法及电路连接图

（1）前面板及箱下接线柱

该设备预设前面板如图5所示。

图5

指示灯和摄像头作用已在前文中作了详细描述，此处不再赛赘述。

液晶屏用于显示菜单项目及每一块蓄电池充放电时的电压变化曲线和失效和需激活（活化）的蓄电池号，便于维护人员操作。

该设备预设箱下接线柱如图6所示。

图6

程序烧写入口用于当系统的程序需要求该时，写入程序使用的。

25个接线柱用于将蓄电池组与本系统连接起来，将电压信号引入本设备。

拨码开关用于设定基站号，预设12位拨码开关，可设置4096个基站。

（2）菜单操作

主界面显示当前时间，如图7所示。

按<

进入主菜单。

图7

主菜单中列出了所有系统可实现的功能。

报警预警：

查看失效和需激活（活化）的电池号及蓄电池组整组电压；

查看曲线：

查看蓄电池充放电时电压变曲线；

系统信息：

查看系统信息，部分可修改；

历史记录：

查看报警预警记录、主电源（市电）断电记录。

主菜单如图8所示。

键可以在四个选项之间来回切换，按<

进入所选项，按<

键返回主界面。

图8

①预警报警信息为失效和需激活（活化）的电池号及整组电压是否超限，如图9所示。

若一屏显示不开，可分两屏显示，手动按<

键切换或每隔一段时间自动切换一屏（如1~5s，可设定），没有的项目即填无。

键返回主菜单。

图9

②查看曲线信息为蓄电池充放电时电压变曲线，在液晶显示屏上的显示方式如图10所示，手动按<

键切换或每隔一段时间自动切换一屏（如1~5s，可设定）。

图10

③系统信息菜单包括基本参数、电池信息、时间设置、恢复出厂设置和系统重启，如图11所示。

键可以在五个选项之间来回切换，按<

图11

基本参数显示控制单元软件版本号和所在基站的站号，如图12所示。

基站站号由箱底的拨码开关设置。

键返回系统信息菜单。

图12

电池信息显示蓄电池节数、单电池电压、单电池容量和对组压上下限的设置，如图13所示。

键进入整组电压上下限设定，设置整组电压的上下限，按<

图13

整组电压上下限设定的界面如图14所示。

键选择所要设置的项目，按<

进入开始设置，<

键分别为-和+，最小设置为0.1V，设置完成后，按<

键保存退出，按<

键不保存退出。

键返回电池信息菜单。

图14

时间设置可对采样间隔时间、循环显示间隔时间和当前时间进行设置，如图15所示。

键分别为-和+，设置完成后，按<

图15

进入恢复出厂设置会如图16所示，选“是”将参数恢复至出厂设置，选“否”或按<

图16

进入系统重启设置会如图17所示，选“是”将重启系统，选“否”或按<

图17

④历史记录信息记录了一定时间内的报警预警记录、主电源（市电）断电记录，并设有清空历史记录选项，如图18所示。

图18

进入预警报警记录可以查看一定时间内的预报警信息，如图19所示。

键返回历史记录菜单。

图19

进入断电记录可以查看一定时间内的主电源（市电）断电的开始时间及开始断电到恢复供电的时长，如图20所示。

图20

进入清空历史记录选项会如图21所示，选“是”将清空所有历史记录，选“否”或按<

图21

（3）接线方式

系统与电池接线方式如图22所示，每两个蓄电池间用铜条连接，每个铜条用导线与接线柱项链。

图22

6.方案一小结

本方案结构简单，易于实现。

优点：

接线简单，只需将蓄电池间连接铜条接入本设备即可。

成本较低，一套设备生产成本大约在2000元之内。

缺点：

并非完全脱离人工检测，在主电源（市电）供电稳定的基站，需要定期对蓄电池进行人工检测。

市场价值：

本方案适用于对现有基站电池检测方式进行改造。

基于我国供电网络的现状，现在的基站大部分分布在主电源（市电）供电不稳定的地区，位于主电源（市电）供电稳定区域的基站非常少，因此本方案对于现有基站电池检测方式进行改造的价值是非常大的。

开发周期：

本方案预计开发周期为4-6个月。

8月初-9月末：

查找资料，芯片选型，并根据所查资料对硬件部分和软件部分的大体框架进行制定；

10月初-11月中旬：

硬件部分开发，包括电路原理图及PCB版图的绘制，芯片焊接等；

11月中旬-1月末：

系统软件的编写与调试，包括系统控制软件和智能分析软件。

三、方案二

本方案有两部分组成，一部分是继电器箱，另一部分为本系统的设备箱，如图23所示。

图23

由于蓄电池组充放电的电流很大，所以采用大电流继电器，体积很大，长宽约为130~200（mm）、100~150（mm），市面上常见的大电流继电器如图24所示。

因为设备箱体积有限，所以继电器要单列一箱。

图24

本系统所监控的蓄电池组由25个蓄电池组成，通过控制继电器来控制蓄电池组，蓄电池组中始终有24个蓄电池进入供电网络，进行充电或放电，另外有一个电池退服，连接至设备箱进行该电池的充放电检测，需要时对蓄电池进行激活（活化）。

继电器箱与电池组的连接如图25所示。

由图可知，25#蓄电池与前24个继电器的触点是相反的，这样可以保证即使在设备箱出现故障，无继电器控制信号时，只有前24个蓄电池组成继电器组接入供电网络，25#蓄电池退服。

图25

设备箱由数据采集单元（A/D和开关量输入）、数据存储单元（EEPROM）、控制单元（MPU）、人机接口单元（按键、指示灯和液晶显示）、电池防盗单元、电池充放电修复单元和通信单元七个基本单元组成。

设备箱框图如图26所示。

图26

可精确检测蓄电池的内阻；

可监测蓄电池组的整组电压。

根据所测得单个蓄电池的内阻及其充放电时的电压变化曲线，找出失效蓄电池和需要激活（活化）的蓄电池；

（3）蓄电池激活（活化）功能

对于数据分析时所找出的需激活（活化）的蓄电池进行激活（活化）。

（4）液晶屏显示功能

蓄电池充放电电压变化曲线，内阻变化曲线，失效电池号。

（5）人机互交功能

（6）报警功能

失效电池号、整组电压是否超限。

（7）电池防盗功能

（8）数据存储功能

（9）通信功能

通过短信的形式将需更换的蓄电池号及整组电压超限的基站号发送至预先设定的移动电话和中心机房上位机，提示维护人员对故障电池及时进行更换或维修。

（10）数据导出功能

（11）可靠性

系统内增加锂电池，基本保证系统不间断工作，提高其可靠性。

蓄电池的容量主要是和极板上活性物质的利用率有关。

而蓄电池极板上的活性物质是：

二氧化铅、铅。

二氧化铅、铅在蓄电池内部的化学反应过程中，其实质就是极板上的活性物质和稀硫酸电解液发生的电化学反应，产生电流。

在这个电化学反应过程中，经常伴随着一种学名叫“硫酸盐化”的负反应，也就是铅和硫酸在电池极板上生成了一种硫酸铅，这中硫酸铅是一种绝缘体，它的形成必将对电池的充放电产生极不好的影响，因为在负极板上形成的硫酸盐越多，电池的内阻越大，电池的可充放电性能越差，负极板上吸收不了正极产生的气体，久而久之电池容量下降甚至失效。

虽然蓄电池的内阻与其容量之间并非是线性关系，但据试验证明通过测量电池的内阻来确定电池的状态是比较可靠的方法。

通过测试蓄电池的内阻并配合其充放电时的电压变化曲线，可以有效的检测出该电池的性能。

目前带内阻测试功能的监测系统常采用以下两种方法来检测蓄电池的内阻。

第一种，通过对电池的整组放电同时测得每个电池的压降来计算内阻的。

如图27所示，R为纯阻性负载，K1、K2、K3为空开，D1为大功率二极管。

正常运行时K1闭合，K2、K3断开，充电机对电池浮充。

测量内阻时，K1断开，K2、K3闭合，蓄电池组通过负载R进行放电。

如果在测量过程中交流失电，蓄电池组通过D1、K2给母线供电。

测量完成后重新合上K1，断开K2、K3。

图27

这种测试方法的最大缺点是：

不能自动测量；

安全性差及测量不准确；

测量内阻时必须人到现场合空开，安全性差。

第二种方法是分组采集蓄电池的电压，通过压降推导出蓄电池的内阻。

其工作原理是将一组电池组分成多个循环，每次测量内阻时先对第一个循环进行放电，结束后再对第二个循环进行放电，直至最后一个循环。

在放电的同时，系统采集每节电池的放电曲线，取得压降后测出每节电池的内阻。

系统可以被设成间隔一定时间自动测量一次内阻，无需人工干预。

系统电路框图如图28所示。

图28

所以此种测量方法虽然实现了自动测量，无须人工干预，安全性得到提高；

但由于是推算结果，准确性仍然不高，影响使用效果。

以上两种方法测得的蓄电池内阻是通过测得压降后推导所得，是估算值，准确性差。

在实际应用中若出现较大的误差，往往会造成严重的损失，因此必须找到一种方法，将测量误差降至最小。

本系统采用继电器控制，将需测试的蓄电池退服。

对于退服的蓄电池进行操作，就像维护人员将其从蓄电池组中取出进行检测一样，这样再进行内阻、充放电电压变化等一些列参数的检测就相当方便了。

蓄电池内阻的比较方式有两种，一种是横向比较，比较同一时刻内不同蓄电池的内阻值，找出内阻值高于平均内阻值较多的蓄电池，如图29所示，可以认为内阻值偏高的蓄电池容量小于其他蓄电池，应该对其进行维护或更换。

图29

另一种是纵向比较，比较同一块电池在不同时期内阻值的变化情况，判断其在当前时刻是否处于正常，如图30所示。

图30

例如，以容量为100%时取得的内阻为基准值，如果高出基准值50%时我们认为该蓄电池容量远低于使用要求，已失效，需更换蓄电池；

高出基准值30%-50%时，我们认为该蓄电池处在临界状态，需要作激活（活化）处理。

相对来说，纵向比较方式的实用性更强，可靠性更高。

该方案还通过检测蓄电池在充放电时的电压变化曲线与其内阻值相配合来判断该蓄电池的性能。

不同性能的蓄电池在放电时的电压变化曲线如图31所示。

图31

电池的性能下降主要是由于化学反应过程中，在电池的板上形成一种绝缘物质硫酸铅，对于退服电池，用高频脉冲加在电池极板上，可以将极板上的硫化物去掉。

蓄电池的激活（活化）就是通过这个原理来修复性能下降的蓄电池的。

蓄电池组充电使得电压变化曲线如图32所示。

图32

由上述描述，我们可以看到，本系统最大的特点就是采用24+1的蓄电池组合模式，在1个蓄电池进行退服检测的同时，始终有24个蓄电池组成电池组接入供电网络，可以保证无线通信基站供电的不间断性。

而且，对于退服的电池，我们可以精确检测其内阻、充放电变化曲线等各项蓄电池性能参数，功能多，精确性高是本系统的重要特点。

自动化程度高，不需人工干预是本系统的主要特点。

对于需激活（活化）的蓄电池，本系统可自动对其进行激活（活化）操作，维护人员只需在蓄电池失效时对其更换就可以。

（1）蓄电池充放电、修复单元

本单元对退服蓄电池进行充放电测试，以此来检验该蓄电池的内阻及其充放电是电压变化曲线等并将采集到的数据送至A/D模块，进行模数转换。

对控制单元分析所得的需激活（活化）的蓄电池进行激活（活化）。

（2）数据转换单元

数据转换单元采用A/D模块，将所采集到的模拟量（电压信号）转换成数字量，送至MPU单元。

（3）数据存储单元

EEPROM的一种特殊形式是闪